Страница 125 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

4. Высокой электропроводностью обладает каждый из двух металлов:

1) алюминий и вольфрам

2) ртуть и медь

3) свинец и серебро

4) золото и алюминий

Для ответа на этот вопрос необходимо сравнить электропроводность металлов, представленных в каждой паре. Электропроводность — это способность вещества проводить электрический ток. Она обратно пропорциональна удельному электрическому сопротивлению. Наилучшими проводниками среди металлов являются серебро, медь, золото и алюминий. Рассмотрим каждую пару по отдельности.

1) алюминий и вольфрам

Алюминий обладает высокой электропроводностью и широко используется в качестве проводника. Вольфрам, хотя и является металлом, имеет значительно более низкую электропроводность по сравнению с алюминием (его удельное сопротивление примерно в 2 раза выше). Его чаще используют в нитях накаливания ламп из-за высокой температуры плавления, а не из-за высокой проводимости. Следовательно, не оба металла в этой паре обладают высокой электропроводностью.

2) ртуть и медь

Медь — один из лучших проводников электричества, уступающий в этом только серебру. Ртуть же, находящаяся при комнатной температуре в жидком состоянии, имеет очень высокое удельное сопротивление и является одним из худших проводников среди металлов. Таким образом, эта пара не подходит.

3) свинец и серебро

Серебро — металл с самой высокой электропроводностью. Однако свинец является довольно плохим проводником, его удельное сопротивление более чем в 10 раз превышает сопротивление серебра. Следовательно, эта пара также не удовлетворяет условию.

4) золото и алюминий

И золото, и алюминий являются металлами с очень высокой электропроводностью. В рейтинге лучших проводников они занимают третье и четвертое места соответственно (после серебра и меди). Оба металла широко применяются в электротехнике и электронике благодаря этому свойству. Таким образом, в этой паре оба металла обладают высокой электропроводностью.

Ответ: 4

5. Для использования в самолётостроении незаменим такой сплав, как

1) мельхиор

2) бронза

3) чугун

4) дюралюминий

Решение

Для определения, какой из сплавов незаменим в самолётостроении, необходимо проанализировать свойства каждого из предложенных вариантов и их применимость в авиационной промышленности.

1) мельхиор – это сплав на основе меди с добавлением никеля. Он отличается высокой коррозионной стойкостью. Однако из-за высокой плотности меди он является довольно тяжёлым, что критично для авиации, где важен каждый килограмм веса. Поэтому мельхиор в конструкциях самолётов не используется.

2) бронза – сплав на основе меди, обычно с оловом. Как и мельхиор, бронза обладает высокой плотностью и большим весом, что делает её непригодной для создания лёгких и прочных конструкций самолётов.

3) чугун – сплав железа с углеродом. Чугун очень тяжёлый и хрупкий, что делает его абсолютно неприменимым для силовых элементов конструкции летательных аппаратов, которые должны выдерживать значительные вибрационные и ударные нагрузки, обладая при этом минимально возможным весом.

4) дюралюминий – это группа сплавов на основе алюминия, легированных медью, магнием и марганцем. Основное преимущество дюралюминия – это уникальное сочетание низкой плотности (лёгкости) и высокой прочности. Эти свойства делают его и другие алюминиевые сплавы основным конструкционным материалом в авиации для производства фюзеляжа, крыльев, шпангоутов и других важных частей самолёта.

Исходя из анализа, для самолётостроения незаменим дюралюминий благодаря его лёгкости и прочности.

Ответ: 4) дюралюминий.

6. Практически осуществима реакция между раствором хлорида никеля и

1) серебром 2) железом 3) медью 4) свинцом

Для определения возможности протекания реакции между металлом и раствором соли другого металла необходимо обратиться к электрохимическому ряду активности (напряжений) металлов. Согласно правилу, более активный металл, который находится в этом ряду левее, способен вытеснять менее активный металл (расположенный правее) из раствора его соли.

В данном задании нам дан раствор хлорида никеля ($NiCl_2$) и четыре металла. Чтобы определить, какая реакция осуществима, нужно сравнить положение никеля ($Ni$) с положением каждого из предложенных металлов в ряду активности.

Рассмотрим соответствующий фрагмент ряда активности металлов:
... $Zn$ → $Cr$ → $Fe$ → $Cd$ → $Co$ → $Ni$ → $Sn$ → $Pb$ → $H_2$ → $Cu$ → $Hg$ → $Ag$ ...

1) серебром

Серебро ($Ag$) расположено в ряду активности значительно правее никеля ($Ni$). Это указывает на то, что серебро является менее активным металлом, чем никель. Поэтому реакция вытеснения никеля из раствора его соли серебром не происходит.
$Ag_{(тв)} + NiCl_{2(р-р)} \nrightarrow$

Ответ: реакция практически не осуществима.

2) железом

Железо ($Fe$) расположено в ряду активности левее никеля ($Ni$). Это означает, что железо — более активный металл. Следовательно, железо способно вытеснить никель из раствора его хлорида. Эта реакция является практически осуществимой.
Уравнение реакции: $Fe_{(тв)} + NiCl_{2(р-р)} \rightarrow FeCl_{2(р-р)} + Ni_{(тв)}\downarrow$

Ответ: реакция практически осуществима.

3) медью

Медь ($Cu$) в ряду активности находится правее никеля ($Ni$). Следовательно, медь — менее активный металл и не может вытеснить никель из раствора его соли.
$Cu_{(тв)} + NiCl_{2(р-р)} \nrightarrow$

Ответ: реакция практически не осуществима.

4) свинцом

Свинец ($Pb$) также находится в ряду активности правее никеля ($Ni$). Это означает, что свинец менее активен, чем никель, и реакция замещения между свинцом и раствором хлорида никеля не пойдет.
$Pb_{(тв)} + NiCl_{2(р-р)} \nrightarrow$

Ответ: реакция практически не осуществима.

Таким образом, единственная возможная реакция из предложенного списка — это взаимодействие раствора хлорида никеля с железом.

7. Железо не взаимодействует

1) с раствором серной кислоты

2) с серой

3) с сульфатом цинка

4) с водой

Для того чтобы определить, с каким из предложенных веществ железо не взаимодействует, необходимо рассмотреть возможность протекания каждой из указанных реакций на основе химических свойств железа и общих закономерностей неорганической химии.

1) с раствором серной кислоты

Железо ($Fe$) является металлом средней активности и в электрохимическом ряду напряжений металлов стоит левее водорода ($H$). Это означает, что железо способно вытеснять водород из растворов разбавленных кислот, в том числе и из серной кислоты ($H_2SO_4$). В результате реакции образуется соль — сульфат железа(II) — и выделяется газообразный водород.

Уравнение реакции: $Fe + H_2SO_4 (разб.) \rightarrow FeSO_4 + H_2\uparrow$

Таким образом, железо взаимодействует с раствором серной кислоты. Этот вариант не является правильным ответом.

2) с серой

Железо, как и большинство металлов, при нагревании напрямую реагирует с неметаллами. Реакция с серой ($S$) является реакцией соединения, в ходе которой образуется сульфид железа(II) ($FeS$).

Уравнение реакции: $Fe + S \xrightarrow{t^{\circ}} FeS$

Таким образом, железо взаимодействует с серой. Этот вариант не является правильным ответом.

3) с сульфатом цинка

Взаимодействие металлов с растворами солей определяется их положением в ряду активности: более активный металл вытесняет менее активный из его соли. Рассмотрим положение цинка ($Zn$) и железа ($Fe$) в ряду активности: ... $Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu$ ...

Цинк находится левее железа, следовательно, он является более активным металлом. Это означает, что железо не способно вытеснить цинк из раствора его соли, в данном случае — из сульфата цинка ($ZnSO_4$).

Реакция не протекает: $Fe + ZnSO_4 \nrightarrow$

Следовательно, железо не взаимодействует с сульфатом цинка. Этот вариант является правильным ответом.

4) с водой

Железо способно реагировать с водой, однако условия реакции зависят от температуры. С холодной и теплой водой реакция не идет, но при высокой температуре (с водяным паром) железо окисляется, образуя железную окалину ($Fe_3O_4$ — смешанный оксид железа(II) и железа(III)) и водород.

Уравнение реакции: $3Fe + 4H_2O (пар) \xrightarrow{t^{\circ}} Fe_3O_4 + 4H_2\uparrow$

Поскольку реакция возможна (при определенных условиях), считается, что железо взаимодействует с водой. Этот вариант не является правильным ответом.

Проанализировав все варианты, мы приходим к выводу, что единственное вещество, с которым железо не вступает в реакцию замещения, — это сульфат цинка, так как цинк является более активным металлом, чем железо.

Ответ: 3

8. Укажите металл, который стоит в ряду напряжений до водорода, но не взаимодействует с раствором серной кислоты.

1) марганец

2) кобальт

3) хром

4) свинец

Для ответа на этот вопрос необходимо обратиться к электрохимическому ряду напряжений металлов и учесть свойства продуктов реакции.

Согласно ряду напряжений, металлы, стоящие до водорода (H), способны вытеснять его из растворов кислот-неокислителей, к которым относится разбавленная серная кислота ($H_2SO_4$). Все четыре предложенных металла — марганец (Mn), кобальт (Co), хром (Cr) и свинец (Pb) — находятся в ряду напряжений до водорода.

Однако реакция может не протекать или быстро прекращаться, если на поверхности металла образуется плотная, нерастворимая пленка, которая защищает металл от дальнейшего контакта с кислотой. Это явление называется пассивацией.

Рассмотрим каждый металл:

• Марганец (Mn) и кобальт (Co) активно реагируют с разбавленной серной кислотой, так как их сульфаты ($MnSO_4$ и $CoSO_4$) хорошо растворимы в воде. Реакция идет до полного растворения металла.
  $Mn + H_2SO_4(разб.) \rightarrow MnSO_4 + H_2\uparrow$
  $Co + H_2SO_4(разб.) \rightarrow CoSO_4 + H_2\uparrow$
• Хром (Cr) также реагирует с разбавленной серной кислотой с образованием растворимого сульфата хрома(II) ($CrSO_4$). Пассивация хрома характерна для концентрированных кислот-окислителей, но не для разбавленной $H_2SO_4$.
  $Cr + H_2SO_4(разб.) \rightarrow CrSO_4 + H_2\uparrow$
• Свинец (Pb) находится в ряду напряжений до водорода, и реакция с серной кислотой начинается. Однако образующийся продукт — сульфат свинца(II) ($PbSO_4$) — является практически нерастворимым веществом. Он осаждается на поверхности свинца в виде плотной пленки, которая изолирует металл от кислоты и прекращает реакцию.
  $Pb + H_2SO_4(разб.) \rightarrow PbSO_4\downarrow + H_2\uparrow$
  Таким образом, из-за образования нерастворимой соли на поверхности, свинец практически не взаимодействует с раствором серной кислоты.

Следовательно, свинец является металлом, который, несмотря на свое положение в ряду напряжений до водорода, не вступает в видимую реакцию с раствором серной кислоты.

Ответ: 4) свинец.

9. Верны ли следующие суждения о металлах?

А. Чем активнее металл, тем с большей скоростью протекает реакция с его участием.

Б. В ряду химических элементов Ba – Ca – Mg восстановительные свойства усиливаются.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

А. Чем активнее металл, тем с большей скоростью протекает реакция с его участием.

Данное суждение в общем случае является верным. Химическая активность металла определяется его способностью отдавать электроны (т.е. его восстановительными свойствами). Чем активнее металл, тем легче он вступает в химические взаимодействия. С точки зрения химической кинетики, более высокая реакционная способность обычно означает более низкую энергию активации реакции, что, в свою очередь, приводит к увеличению скорости реакции при прочих равных условиях. Например, реакция щелочных металлов (Li, Na, K) с водой протекает значительно быстрее и энергичнее, чем реакция менее активных щелочноземельных металлов (Mg, Ca). Следовательно, суждение А верно.

Б. В ряду химических элементов Ba — Ca — Mg восстановительные свойства усиливаются.

Данное суждение неверно. Элементы барий ($Ba$), кальций ($Ca$) и магний ($Mg$) — это металлы главной подгруппы II группы периодической системы. В группе периодической системы с увеличением порядкового номера (сверху вниз) увеличивается радиус атомов, электроны внешнего слоя слабее притягиваются к ядру, и их легче отдать. Это означает, что металлические и восстановительные свойства усиливаются при движении по группе сверху вниз. Порядок расположения данных элементов в группе сверху вниз: $Mg \rightarrow Ca \rightarrow Ba$. Таким образом, восстановительные свойства усиливаются в ряду $Mg \rightarrow Ca \rightarrow Ba$. В предложенном ряду $Ba \rightarrow Ca \rightarrow Mg$ движение происходит по группе снизу вверх, поэтому восстановительные свойства будут ослабевать. Самым сильным восстановителем из представленных является барий ($Ba$). Следовательно, суждение Б неверно.

Таким образом, верно только суждение А.

Ответ: 1

10. Кальций реагирует с каждым из двух веществ, формулы кото-рых

1) $NO_2$ и $CuO$

2) $Cl_2$ и $H_2O$

3) $KCl$ и $NaOH$

4) $O_2$ и $S$

5) $Na_2CO_3$ и $P$

Решение

Кальций (Ca) — это активный щелочноземельный металл. Чтобы определить правильный ответ, проанализируем его химические свойства по отношению к предложенным веществам. Кальций реагирует с неметаллами (такими как хлор, кислород, сера, фосфор), с водой, с оксидами менее активных металлов. Кальций не реагирует со щелочами и солями более активных металлов (например, калия или натрия).

Рассмотрим каждую пару веществ по отдельности:

1) NO₂ и CuO

Кальций, как сильный восстановитель, способен реагировать с диоксидом азота (NO₂), который является сильным окислителем: $4Ca + 2NO_2 \xrightarrow{t} 4CaO + N_2$. Кальций также вытесняет медь из её оксида (CuO), так как является более активным металлом: $Ca + CuO \xrightarrow{t} CaO + Cu$. Кальций реагирует с обоими веществами.

2) Cl₂ и H₂O

Кальций реагирует с хлором (Cl₂) с образованием соли, хлорида кальция: $Ca + Cl_2 \rightarrow CaCl_2$. Кальций также активно реагирует с водой (H₂O) при комнатной температуре с образованием гидроксида и выделением водорода: $Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2 \uparrow$. Следовательно, кальций реагирует с обоими веществами.

3) KCl и NaOH

Реакция с хлоридом калия (KCl) не идёт, так как калий — более активный металл, чем кальций, и кальций не может вытеснить его из соли. Реакция с гидроксидом натрия (NaOH) также не идёт, так как кальций — металл с основными свойствами и не реагирует со щелочами. Эта пара не подходит.

4) O₂ и S

Кальций реагирует с кислородом (O₂) при горении, образуя оксид: $2Ca + O_2 \rightarrow 2CaO$. При нагревании кальций также реагирует и с серой (S), образуя сульфид: $Ca + S \xrightarrow{t} CaS$. Кальций реагирует с обоими неметаллами.

5) Na₂CO₃ и P

Реакция с карбонатом натрия (Na₂CO₃) не идёт, так как натрий — более активный металл, чем кальций. С фосфором (P) кальций реагирует при нагревании с образованием фосфида: $3Ca + 2P \xrightarrow{t} Ca_3P_2$. Так как реакция идёт только с одним веществом из пары, этот вариант не подходит.

Таким образом, кальций реагирует с обеими веществами в парах 1, 2 и 4. Однако, в контексте типичных заданий, обычно выбирается пара, реакции с которой наиболее характерны и не требуют исключительно жёстких условий. Реакции с хлором и водой (пара 2) являются классическими примерами химических свойств активных металлов и протекают при более мягких условиях (в частности, с водой при комнатной температуре) по сравнению с реакциями, требующими высоких температур (как в парах 1 и 4). Поэтому вариант 2 является наиболее вероятным правильным ответом.

Ответ: 2